DE9204118U1

DE9204118U1 - Guidance system for spatial positioning of a medical therapy or diagnostic instrument

Info

Publication number: DE9204118U1
Application number: DE9204118U
Authority: DE
Original assignee: Carl Zeiss AG
Current assignee: Carl Zeiss AG
Priority date: 1992-03-27
Filing date: 1992-03-27
Publication date: 1992-05-21
Anticipated expiration: 2002-03-28

Description

Beschreibung: " " " '' 92012 GDescription: " " " '' 92012 G

Fjj h r.u ncjs_ sys tem zu m _r ä um1. ic]ien_ Pp_s i t ion i er en eines med izini s_chen_ Thj2rapij;-__qder DiagnjDseijis_trumentesFjj h ru ncjs_ s ys tem to m _r ä um1. ic]ien_ Pp_s it ion en a med izini s_chen_ Thj2rapij;-__qder DiagnjDseijis_trumentes

Die Erfindung betrifft ein Führungssystem zum räumlichen Positionieren eines medizinischen Therapie- oder Diagnoseinstrumentes gemä3 dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a guidance system for spatially positioning a medical therapy or diagnostic instrument according to the preamble of claim 1.

Zum räumlichen Positionieren eines medizinischen Therapieoder Diagnoseinstrumentes sind verschiedene Führungssysteme bekannt. So stellt sich z.B. für einen Chirurgen die Aufgabe, ein Operationsmikroskop oder ein anderes medizinisches Therapie- oder Diagnoseinstrument, das an einem Stativ angeordnet ist, in verschiedenen räumlichen Freiheitsgraden zu positionieren. In der DE-OS 40 32 207 wird hierzu vorgeschlagen, ein Operationsmikroskop an einem motorisch positionierbaren Mehrgelenk-Mechanismus anzuordnen. Mit Hilfe dieses Mehrgelenk-Mechanismus ist es dem bedienenden Chirurgen möglich, das Operationsmikroskop ohne Kraftaufwand beliebig im Raum zu positionieren. Die Positionierung des Operationsmikroskopes erfolgt jedoch über eine separate Kontrolleinheit, in die die gewünschten Raumkoordinaten des Operationsmikroskopes manuell eingegeben werden müssen. Zu dieser Eingabe muß die Operation unterbrochen werden. Eine derartige Unterbrechung ist jedoch außergewöhnlich störend im Hinblick auf die erforderliche Konzentration während der Operation.Various guidance systems are known for spatially positioning a medical therapy or diagnostic instrument. For example, a surgeon is faced with the task of positioning a surgical microscope or another medical therapy or diagnostic instrument that is arranged on a stand in various spatial degrees of freedom. In DE-OS 40 32 207, it is proposed to arrange a surgical microscope on a motor-positionable multi-joint mechanism. With the help of this multi-joint mechanism, the operating surgeon can position the surgical microscope anywhere in space without exerting any force. However, the positioning of the surgical microscope is carried out via a separate control unit into which the desired spatial coordinates of the surgical microscope must be entered manually. The operation must be interrupted for this input. However, such an interruption is extremely disruptive with regard to the concentration required during the operation.

Weiterhin sind sogenannte Fußschaltpulte bekannt, mit denen der Chirurg während einer Operation ein Operationsmikroskop räumlich positionieren kann. Hierbei ist jedoch besonders dann die Gefahr einer Verwechslung der jeweiligen Fußschaltpulte gegeben, wenn diese beispielsweise unter dem OP-Tisch angeordnet sind. Insofern ist eine relativ hohe Konzentration des Chirurgen nötig, um eventuelle Fehlbedienungen zu vermeiden. Desweiteren befinden sich derartige Fußschaltpulte oftFurthermore, so-called foot control panels are known, with which the surgeon can spatially position a surgical microscope during an operation. However, there is a particular risk of confusing the respective foot control panels if they are arranged, for example, under the operating table. In this respect, a relatively high level of concentration is required on the part of the surgeon in order to avoid any possible operating errors. Furthermore, such foot control panels are often located

nicht in der aktuellen Reichweite äes Chirurgen, so da3 bei einer eventuell erforderlichen Positionierung des Operationsmikroskopes der Operations-Vorgang unterbrochen werden muß.not within the surgeon's current reach, so that if the surgical microscope needs to be repositioned, the operation must be interrupted.

Schließlich ist es bereits seit längerem bekannt, herkömmliche manuelle Stative inclusive der daran angeordneten Instrumente mit Hilfe eines Mundknebels zu positionieren. Eine derartige Vorrichtung wird beispielsweise in der DE-PS 24 18 565 beschrieben. Die starre Verbindung zwischen dem Kopf des Chirurgen und dem Operationsmikroskop, sowie der' erforderliche Kraftaufwand beim Verfahren des Statives machen, eine derartige Positionierung jedoch ebenfalls sehr umständlich. Finally, it has been known for some time that conventional manual stands, including the instruments attached to them, can be positioned using a mouth gag. Such a device is described, for example, in DE-PS 24 18 565. However, the rigid connection between the surgeon's head and the surgical microscope, as well as the effort required to move the stand, also make such positioning very cumbersome.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Führungssystem zum räumlichen Positionieren eines medizinischen Therapie- oder Diagnoseinstrumentes zu schaffen, welches ein Positionieren in bis zu sechs räumlichen Freiheitsgraden ohne Kraftaufwand für den Benutzer ermöglicht. Dabei soll die Konzentration des Benutzers nicht von seiner aktuellen Tätigkeit abgelenkt werden, insbesondere soll der Benutzer hierzu nicht die Hände gebrauchen müssen.The object of the present invention is therefore to create a guide system for spatially positioning a medical therapy or diagnostic instrument, which enables positioning in up to six spatial degrees of freedom without the user having to exert any effort. The user's concentration should not be distracted from his current activity, in particular the user should not have to use his hands for this.

Diese Aufgabe wird gelöst durch das erfindungsgemäße Führungssystem mit den Merkmalen des Anspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand der folgenden Unteransprüche.This object is achieved by the guide system according to the invention with the features of claim 1. Advantageous embodiments of the inventive concept are the subject of the following subclaims.

Das jeweilige medizinische Therapie- oder Diagnoseinstrument wird hierzu an einer motorischen Positioniermechanik angeordnet, die ein definiertes Positionieren des medizinischen Therapie- oder Diagnoseinstrumentes in mehreren räumlichen Freiheitsgradan ermöglicht. Das erfindungsgemäße Führungssystem umfaßt ein auslenkbares Bedienelement, dessen Auslenkungen von einer Prozeßsteuerung erfaßt und von dieser in Steuersignale für die Positioniermechanik umgesetzt werden. Bevorzugt geeignet als auslenkbares Bedienelement ist hierzuThe respective medical therapy or diagnostic instrument is arranged on a motorized positioning mechanism, which enables a defined positioning of the medical therapy or diagnostic instrument in several spatial degrees of freedom. The guide system according to the invention comprises a deflectable operating element, the deflections of which are detected by a process control and converted by this into control signals for the positioning mechanism. A preferably suitable deflectable operating element is

ein handelsüblicher Joy-Stick, der'^:'mit dem Hund vom Benutzer bedienbar ist. Der Joy-Stick ist vorteilhafterweise über eine Aufhängung derart am jeweiligen medizinischen Therapie- oder Diagnoseinstrument angeordnet, daß eine Anpassung an verschiedene Benutzer möglich ist. Ein auswechselbares Oberrohr für den verwendeten Joy-Stick garantiert, daß auch mehrere Benutzer mit Hilfe des erfindungsgemäßen Führungssystemes nacheinander arbeiten können.a commercially available joystick that can be operated by the user with ^the dog. The joystick is advantageously mounted on the respective medical therapy or diagnostic instrument via a suspension in such a way that it can be adapted to different users. An exchangeable top tube for the joystick used guarantees that several users can work one after the other with the help of the guide system according to the invention.

Durch die Bedienung des Joy-Sticks mit dem Mund ist gewährleistet, daß der Benutzer nicht die Hände zum Positionieren des medizinischen Therapie- oder Diagnoseinstrumentes verwenden muß. Eine bevorzugte Einsatzmöglichkeit bietet sich für das erfindungsgemäße Führungssystem beim mehrdimensionalen Positionieren eines Operationsmikroskopes oder eines anderen medizinischen Therapie- oder Diagnoseinstrumentes an, das an einem motorischen Stativ oder einer motorischen Aufhängung angeordnet ist. Durch das Erfassen der Auslenkungen des Joysticks kann das Operationsmikroskop über die erforderliche Prozeßsteuerung derart immer zum gewünschten Einsatzort hin positioniert werden.By operating the joystick with the mouth, it is ensured that the user does not have to use his hands to position the medical therapy or diagnostic instrument. A preferred application for the guide system according to the invention is the multi-dimensional positioning of a surgical microscope or another medical therapy or diagnostic instrument that is arranged on a motorized stand or a motorized suspension. By detecting the deflections of the joystick, the surgical microscope can always be positioned at the desired location using the required process control.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche 2, 3 und 4. Hierbei ist jeweils vorgesehen, eine Umschaltmöglichkeit zwischen verschiedenen Positionier-Modi je nach aktueller Anforderung vorzunehmen. So kann beispielsweise für manche Anwendungen lediglich eine Positionierung in zwei oder drei räumlichen Freiheitsgraden ausreichen. Andere Anwendungen dagegen erfordern die freie Positionierung in drei translatorischen und/oder drei rotatorischen Freiheitsgraden. Die hierzu erforderliche Umschaltung der Positioniermodi kann entweder über Sprachkoromandos erfolgen, die über ein Mikrophon von der Prozeßsteuerung erkannt werden bzw. über eine Tastatur am medizinischen Therapie- oder Diagnoseinstrument direkt eingegeben werden.Further advantageous embodiments are the subject of sub-claims 2, 3 and 4. In each case, it is provided to be possible to switch between different positioning modes depending on the current requirement. For example, for some applications, only positioning in two or three spatial degrees of freedom may be sufficient. Other applications, however, require free positioning in three translational and/or three rotational degrees of freedom. The switching of positioning modes required for this can either be carried out via voice coromandos, which are recognized by the process control via a microphone or entered directly via a keyboard on the medical therapy or diagnostic instrument.

Weitere Vorteile sowie Einzelheiten des erfindungsgemäßenFurther advantages and details of the inventive

Führungssystemes ergeben sich atrs der BiescrtYeibung eines Ausführungsbeispieles anhand der Figuren 1 und 2.The characteristics of the guide system are shown in the drawing of an embodiment based on Figures 1 and 2.

Dabei zeigtThis shows

Fig. 1 das erfindungsgemäße Führungssystem in Verbindung mit einem Operationsmikroskop, das an einem motorischen Stativ angeordnet ist;Fig. 1 shows the guidance system according to the invention in connection with a surgical microscope arranged on a motorized stand;

Fig. 2 den detaillierten Aufbau eines Ausführungsbeispieles des erfindungsgemäßen Führungssystemes.Fig. 2 shows the detailed structure of an embodiment of the guide system according to the invention.

In Figur 1 ist ein Ausführungsbeispiel bzw. eine bevorzugte Anwendung des erfindungsgemäßen Führungssystemes perspektivisch dargestellt. Ein Operationsmikroskop (1) ist über eine geeignete Aufhängung an einem motorischen Stativ (2) angeordnet, das in diesem Ausführungsbeispiel als motorische Positioniermechanik dient. Mit Hilfe des motorischen Statives (2) ist es möglich, das Operationsmikroskop (1) in mehreren räumlichen Freiheitsgraden beliebig im Raum zu positionieren. Als motorische Positioniermechanik kommt beispielsweise auch eine geeignete Aufhängung für ein Operationsmikroskop in Frage, die ein definiertes mehrdimensionales Positionieren ermöglicht. Weiterhin dargestellt ist eine Prozeßsteuerung (3), die zum Betrieb des erfindungsgemäßen Führungssystemes erforderlich ist. Außer dem dargestellten Operationsmikroskop (1) können über das erfindungsgemäße Führungssystem die verschiedensten weiteren medizinischen Therapie- oder Diagnoseinstrumente im Raum positioniert werden. Das erfindungsgemäße Führungssystem umfaßt im dargestellten Ausführungsbeispiel eine Aufhängung (4, 9, 13), über die ein handelsüblicher Joy-Stick (5) am Operationsmikroskop (1) befestigt ist. Während der Operation kann der Chirurg durch Auslenken des Joy-Sticks (5) bzw. durch Ziehen oder Drücken des Joy-Sticks (5) mit Hilfe des Mundes je nach gewähltem Positioniermodus verschiedene translatorische und/oder rotatorische Freiheitsgrade ansteuern. Über die Aufhängung (4, 9, 13) kann das erfindungs-Figure 1 shows a perspective view of an embodiment or a preferred application of the guidance system according to the invention. A surgical microscope (1) is arranged on a motorized stand (2) via a suitable suspension, which in this embodiment serves as a motorized positioning mechanism. With the help of the motorized stand (2), it is possible to position the surgical microscope (1) anywhere in space with several spatial degrees of freedom. A suitable suspension for a surgical microscope, which enables defined multi-dimensional positioning, can also be used as a motorized positioning mechanism. Also shown is a process control (3), which is required to operate the guidance system according to the invention. In addition to the surgical microscope (1) shown, a wide variety of other medical therapy or diagnostic instruments can be positioned in space using the guidance system according to the invention. The guide system according to the invention in the embodiment shown comprises a suspension (4, 9, 13) via which a commercially available joystick (5) is attached to the surgical microscope (1). During the operation, the surgeon can control various translational and/or rotational degrees of freedom by deflecting the joystick (5) or by pulling or pushing the joystick (5) with the help of his mouth, depending on the selected positioning mode. The guide system according to the invention can be

gemäße Führungssystem an verschiedene Benutzer angepaßt werden. Details zum Aufbau dieser Aufhängung (4, 9, 13) werden im folgenden anhand von Figur 2 beschrieben. Die Prozeßsteuerung (3) erfaßt die Auslenkungen des Joy-Sticks (5) und gibt entsprechende Steuersignale an das motorische Stativ (2) weiter, welches das Operationsmikroskop (1) anschließend an die gewünschte Stelle verfährt.appropriate guidance system can be adapted to different users. Details of the structure of this suspension (4, 9, 13) are described below using Figure 2. The process control (3) records the deflections of the joystick (5) and passes on the corresponding control signals to the motorized stand (2), which then moves the surgical microscope (1) to the desired location.

In Figur 2 wird der Aufbau des erfindungsgemäßen Führungssystemes anhand einer vergrößerten Darstellung des Operationsmikroskopes aus Fig. 1 näher erläutert. Das an der motorischen Positioniermechanik (20) angeordnete Operationsmikroskop (1) weist eine Aufhängung (9, 4, 13) für den Joy-Stick (5) auf. Die Aufhängung (9, 4, 13) besteht aus einem ersten Teil (9), das am Schwenktubus (12) des Operationsmikroskopes (1) befestigt ist. Über zwei weitere, gelenkig miteinander verbundene Teile der Aufhängung (13, 4) ist der Joy-Stick (5) am ersten Teil der Aufhängung (9) angeordnet. Durch die gelenkige Verbindung der einzelnen Teile der Aufhängung (9, 4, 13) kann der Joy-Stick (5) derart verstellt werden, daß eine Anpassung an verschiedene Benutzer bzw. deren Gesichts-Geometrie möglich ist. Die jeweils gewünschte Einstellung kann mit Hilfe eines Knebelgriffes (7) arretiert oder aber gelöst werden. Der Joy-Stick (5) ist mit einem auswechselbaren Überrohr (8) mit einer Beißnut (14) versehen. Das Überrohr (8) kann ausgewechselt werden, um die Benutzung für verschiedene Operateure zu ermöglichen.In Figure 2, the structure of the guide system according to the invention is explained in more detail using an enlarged view of the surgical microscope from Figure 1. The surgical microscope (1) arranged on the motorized positioning mechanism (20) has a suspension (9, 4, 13) for the joystick (5). The suspension (9, 4, 13) consists of a first part (9) which is attached to the swivel tube (12) of the surgical microscope (1). The joystick (5) is arranged on the first part of the suspension (9) via two further parts of the suspension (13, 4) which are connected to one another in an articulated manner. The articulated connection of the individual parts of the suspension (9, 4, 13) allows the joystick (5) to be adjusted in such a way that it can be adapted to different users or their facial geometry. The desired setting can be locked or released using a toggle handle (7). The joystick (5) is provided with an exchangeable overtube (8) with a bite groove (14). The overtube (8) can be exchanged to enable use by different operators.

Die Prozeßsteuerung (3), hier lediglich schematisch dargestellt, erfaßt die Auslenkungen des Joy-Sticks (5) und gibt entsprechende Steuersignale an die - ebenfalls nur schematisch dargestellte - Positioniermechanik (20) ab. Diese verfährt das Operationsmikroskop (1) anschließend an die gewünschte Position im Raum. Über ein Mikrophon (10) ist es mit Hilfe einfacher Sprachkommandos möglich, zwischen verschiedenen Betriebs-Modi bei der Positionierung umzuschalten. Beispielsweise kann in einem möglichen Betriebs-Modus die Posi-The process control (3), shown here only schematically, detects the deflections of the joystick (5) and sends corresponding control signals to the positioning mechanism (20), which is also only shown schematically. This then moves the surgical microscope (1) to the desired position in space. Using a microphone (10), it is possible to switch between different operating modes during positioning using simple voice commands. For example, in one possible operating mode, the position

tioniermechanik (20) lediglich xranslatoris'che Bewegungen zulassen. Ein anderer, über die Sprachsteuerung anwählbarer Betriebs-Modus, kann z.B. lediglich rotatorische Bewegungen der Positionier-Mechanik (20) ermöglichen. Die am Mikrophon (10) registrierten Sprachsignale werden der Prozeßsteuerung (3) zugeführt, die entsprechende Steuersignale an die Positioniermechanik (20) weitergibt. Ebenso kann eine derartige Umschaltung zwischen verschiedenen Betriebs-Modi über ein Tastenfeld (11) erfolgen. Entsprechend werden die am Tastenfeld anliegenden Signale der Prozeßsteuerung (3) zugeführt.positioning mechanism (20) only permit translational movements. Another operating mode, which can be selected via voice control, can, for example, only permit rotary movements of the positioning mechanism (20). The voice signals registered on the microphone (10) are fed to the process control (3), which passes on the corresponding control signals to the positioning mechanism (20). Such switching between different operating modes can also be carried out via a keypad (11). The signals present on the keypad are accordingly fed to the process control (3).

Alternativ zur dargestellten Positionierung eines Operationsmikroskopes ist es mit Hilfe des erfindungsgemäßen Führungssystemes jedoch auch jederzeit möglich, andere medizinische Therapie- oder Diagnoseinstrumente beliebig im Raum zu positionieren .As an alternative to the illustrated positioning of a surgical microscope, it is also possible to position other medical therapy or diagnostic instruments anywhere in the room using the guidance system according to the invention.

Claims

Expectations:

1. Guide system for spatially positioning a medical therapy or diagnostic instrument, which is arranged on a motorized positioning mechanism, which allows positioning of the medical therapy or diagnostic instrument in several spatial degrees of freedom, characterized in that the guide system comprises an operating element that can be deflected by the user with the mouth and a process control (3), wherein the deflections of the operating element can be detected by the process control (3), which converts the detected deflections of the operating element into control signals for the motorized positioning mechanism (2, 20).

2. Guidance system according to claim 1, characterized in that one or more switching options between different positioning modes are provided, wherein the different positioning modes result in a different number of degrees of freedom of movement of the medical therapy or diagnostic instrument (1).

3. Device according to claim 2, characterized in that the switching option between different positioning modes is implemented via a voice control which registers voice commands via a microphone (10) and sends corresponding control signals to the motorized positioning mechanism (2, 20) via the process control (3).

4. Guide system according to claim 2, characterized in that the switching option between different positioning modes is implemented via a keyboard (11), the signals of which can be detected by the process control (3), which in turn outputs corresponding control signals to the motorized positioning mechanism (2, 20).

5. Guide system according to claim 1, characterized in

that a joystick (5) suitable for use with oil is provided as the control element, which registers deflections in at least two spatial degrees of freedom.

6. Device according to claim 1, characterized in that the operating element is attached to the respective medical therapy or diagnostic instrument (1) via a suspension (4, 9, 13) in such a way that a deflection with the mouth is possible.

7. Device according to claim 6, characterized in that the suspension (4, 9, 13) or the control element arranged thereon is adaptable to the respective user and/or to the respective medical therapy or diagnostic instrument (1) and for this purpose comprises several parts which are connected to one another in an articulated manner.

8. Guide system according to claim 5, characterized in that a replaceable overtube (8) is provided for the joystick (5).

9. Device according to at least one of claims 1-8,

characterized in that a surgical microscope (1) is provided as a medical therapy or diagnostic instrument which is arranged on a motorized positioning mechanism (2, 20).